南水北调中线天津干线工程穿越天平路立交桥工程设计(图)

　　摘要：阐述了南水北调中线一期工程天津干线分流井至西河泵站输水工程输水箱涵需穿越在建的天平路立交桥的设计方案，并对钢板桩在工程中的应用做了设计，同时结合工程条件简述设计思路及施工技术要求。

　　关键词：南水北调；输水箱涵；天平路立交桥；穿越方案；钢板桩；灌注桩；地下连续墙

　　中图分类号：TV682.2 文献标识码：B 文章编号：1004－7328（2009）05－0095－03

　　1 概述

　　天津干线分流井至西河泵站输水工程是南水北调中线天津市内输配水工程的重要组成部分，是实现引江向天津市中心城区和新四区供水的骨干工程，设计输水能力为27.0 m3/s，采用2 孔3.8 m×3.8m现浇混凝土箱涵型式输水。该工程建成后，可实现市区三大水厂（新开河水厂、芥园水厂、凌庄水厂）具备引江和引滦双水源保证，可有效解决天津市缺水的紧张局面，大大提高城市供水保证率。

　　输水箱涵从正在施工的天平路立交桥11-12＃墩中间穿过在建的天平路立交桥。天平路立交桥是快速路西北半环的一部分，为两层互通立交，南北向全长2 000 m，跨越规划子牙河南路、子牙河和子牙河北路，子牙河南、北路控制净空为4.5m。该桥包括3 条主线（西北半环、子牙河南路线、子牙河北路线）和左转环形匝道、右转环形匝道。主桥设计车速为80 km/h，子牙河北路为50 km/h。设计车辆荷载主桥为城-A 级，路面结构荷载为BZZ-100kN 标准轴载。输水箱涵与快速路跨子牙河立交桥相交叉（从天平路立交桥11-12# 桥墩之间穿过），并位于子牙河北路之下。当时，天平路立交桥11-12# 桥墩桩基已建完，正在进行桥墩浇筑，而立交桥上部结构也即将施工。

　　2 穿越方案比较

　　分流井至西河泵站输水箱涵从正在施工的天平路立交桥11-12＃墩中间穿过，两墩间距23.0 m，箱涵边缘距离桥桩边缘为6.8 m。根据桥墩的平面布置确定穿越段长度为105 m。穿越处地面高程3.52m（大沽高程基准），箱涵底高程-4.05 m，涵顶覆土约3.0 m。该处子牙河河底高程约-3.33 m，水位为1.57 m。

　　结合道路现状，考虑了暗挖和明挖两种施工方案并进行比较：

　　2.1 暗挖穿越方案

　　由于穿越桥区段有4 条地下管线，分别为2 组通信光缆、2 根Φ600 天然气管线，且埋设高程与箱涵相冲突，故无法采用顶进或管棚暗挖法施工。即使没有管线的干扰，由于管顶覆土厚度平均约为3.0m，覆土太薄，也无法顶进施工。若采用管棚暗挖法，也因覆土太薄的原因，形不成卸力土拱，加之地面车荷载影响，施工难度和风险极大。而且可能会造成路面下沉，难以保证施工期道路的安全。

　　为提高工程的安全性、可靠性，保证输水箱涵的浇筑质量，并节省工程投资，推荐采用明挖方案穿越天平北路立交桥，而不采用暗挖穿越方案。

　　2.2 明挖穿越方案

　　由于立交桥已完成11＃桥桩及12＃部分桥桩的施工，因此明挖施工不能采取放坡开槽的形式，只能在桥墩范围内对基槽采取支护措施。支护范围从里程K6+980 到里程K7+085，全长105 m。

　　为减少基槽开挖深度，首先挖除桥墩承台底边上的土体，使地面高程降低为1.45 m。基槽开挖深度约6.1 m，基坑宽12.1 m。

　　基坑支护方案比较了以下3 种：

　　（1）钢板桩支护方案。基坑两侧打设40＃a 型工字钢板桩，桩中心距0.40 m，桩长16 m；为减少桩的侧向位移，两排钢板桩间设两道Φ500 钢管横撑，横撑排距4.0 m。钢板桩外侧设2 排水泥搅拌桩防渗，搅拌桩桩径0.50 m，桩间咬合0.2 m，桩长18 m。为避免钢板桩拔出对桥桩的不利影响，靠近桥墩的钢板桩不再拔出，其余钢板桩拔出后灌注水泥浆液。

　　（2）混凝土灌注桩支护方案。基坑两侧打设C25混凝土灌注桩支护，灌注桩中心距1.0 m，桩径0.80m，桩长16 m。桩顶设现浇混凝土帽梁。两排灌注桩间设两道Φ500 钢管横撑，横撑排距4.0 m。桩外侧设2 排水泥搅拌桩防渗，搅拌桩桩径0.50 m，桩间咬合0.2 m，桩长18 m。

　　（3）地下连续墙支护方案。基坑两侧打设C25 混凝土地下连续墙，宽0.8 m，深16 m，不设锚索。地连墙起到支护和截渗的双重作用。

　　各方案工期分析和投资估算，见表1。

表1 各方案工期分析和投资估算

　　由于该段箱涵施工受立交桥总工期的制约，箱涵的支护及施工在保证安全的前提下要尽早完成。因此，从节省投资及缩短工期等方面综合分析，推荐采用钢板桩方案作为明挖施工的基坑支护方案。具体情况，见图1-2。

图1 天平路立交桥穿越工程基坑支护平面布置

图2 钢板桩支护方案断面

　　3 基坑支护方案计算方法及成果

　　3.1 计算方法

　　根据拟定的基坑支护方案，本工程采用同济启明星深基坑分析计算软件中m 法进行计算，对基坑的整体稳定、基坑抗隆起、抗倾、抗管涌、地表沉降分别进行验算，采用理正深基坑支护软件校核计算。

　　计算中取天平路桥基坑开挖总深度为8.20 m。采用钢板桩作支护结构，桩长为16 m，桩顶标高为3.40 m。计算时考虑地面超载22.5 kPa。

　　3.2 计算结果

　　钢板桩支护结构计算成果，见表2。

表2 钢板桩支护结构计算成果

　　经计算，本支护结构满足整体稳定、变形及结构强度要求。

　　4 施工要求

　　4.1 钢板桩施工要求

　　（1）在钢板桩打设前对打桩桩径轴线处的地层情况进行复勘，特别注意是否有各种地下管线或孤石等障碍物存在。

　　（2）施打前每根钢板桩都应进行校验。

　　（3）打桩时在桩顶放置桩帽，桩帽用硬木按板桩断面尺寸制作，用偏钢角钢作外箍。

　　（4）在钢板桩施打过程中有可能遇到漏检的孤石，则用冲击钻处理；如遇到地层十分软弱且发生落桩的现象或发生连桩，此时应控制桩锤的落距，用小落距、慢下沉的办法渡过。当桩有小量偏斜发生时应立即进行纠偏，用垫桩帽或落锤位置偏移的办法解决。

　　（5）钢板桩打入质量应满足如下要求：桩垂直度不大于2%，桩顶高程允许偏差为+5 cm、-10 cm，桩长偏差大于0。

　　（6）钢板桩接桩位置应错开。

　　4.2 水泥搅拌桩施工要求

　　（1）施工现场应先予以平整，必须清除地上和地下的障碍物，尤其是各地下管线。

　　（2）施工前应进行工艺性试桩，数量不少于2 根。

　　（3）所使用的水泥都应过筛，制备好的浆液不得离析，泵送必须连续。严格控制水泥浆液的水灰比，一般为0.45～0.5。

　　（4）施工前应标定灰浆泵输浆量、灰浆经输浆管到达搅拌机喷浆口的时间和起吊设备提升速度等参数。宜用流量泵控制输浆速度（一般为30 L/min），喷口压力保持在0.4～0.6 MPa，并应使搅拌提升速度与输浆速度同步。

　　（5）加固深度范围内土体的任何一点的搅拌次数应大于20 次。

　　（6）当水泥浆液到达出浆口后应喷浆搅拌30 s，在水泥浆与桩端土充分搅拌后再开始提升搅拌头。

　　（7）搅拌机予搅下沉时不宜冲水，当遇到硬土层下沉太慢时方可适量冲水，但应考虑冲水对桩身强度的影响。

　　（8）施工时如因故停浆，应将搅拌头下沉至停浆点以下0.5 m处，待恢复供浆时再喷浆搅拌提升。若停机时间超过3 h，先拆卸输浆管路，并加以清洗。

　　（9）相邻桩的施工时间间隔不宜超过24 h。如间隔时间太长，与相邻桩无法搭接时，应采用局部补桩或注浆等措施。

　　（10）取芯试验：打桩14 d 后，做抗压和渗透试验。取芯位置在地面以下2.0 m。每排桩随机取芯做两组试验。14 d 龄期试块强度不低于0.4 MPa。

　　5 结语

　　从整个工程的施工过程来看，钢板桩支护结构设计是成功的，在保证工程顺利进行的同时还减少了工程量，降低了工程的投入。与混凝土灌注桩、地下连续墙结构相比工期短，也更加经济。

　　作者简介：黄运玉（1979-），男，助理工程师，主要从事水利水电工程设计工作。